一种从活性污泥中提取细菌藻酸盐的方法

摘要

本发明公开了一种从活性污泥中提取细菌藻酸盐的方法，本发明方法直接取用污水处理厂剩余污泥为原料，经清洗、离心后，将得到的活性污泥置于碳酸钠溶液中，再经超声预处理，于室温下消解后，离心法获得上清液；将上清液pH值调节至6～7后，加入氯化钙进行钙析，得到反应后产生的沉淀，清洗；将清洗后的藻酸钙沉淀置于NaCl溶液中，并加入钠型阳离子交换树脂，连续搅拌进行离子交换脱钙，即可获得藻酸钠溶液；最后向该溶液中倒入无水乙醇得到高稳定性的细菌藻酸钠固体。本发明提取方法能耗低、成本低，可以从活性污泥中提取出稳定性较好的产品，适合实际生产需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种从活性污泥中提取高稳定性细菌藻酸盐的方法，属于环境工程污水 处理技术领域。

背景技术

近几年来，我国的污水处理工作有了前所未有的发展，污水处理厂在解决我国水污 染问题方面取得了巨大的进步，在很大程度上缓解了我国水污染的危机，但产生的大量 污泥也面临处理困难的问题，根据报道，污泥处理费用占到了污水处理厂总体运行费用 的20％至45％，有的甚至高达60％，因此，如何有效的处理污泥，将其转变为一种具备 经济价值的再生资源，是众多污水处理厂迫切需要解决的问题。

研究表明，胞外多糖是活性污泥胞外聚合物中的重要成分，而细菌藻酸盐又是胞外 多糖中重要的多糖组分。细菌藻酸盐可以作为海藻酸盐的潜在替代物，有广泛的应用价 值。比如用作纺织品的上浆剂和印花浆，同时作为增稠剂、稳定剂、乳化剂大量应用于 食品工业中；用于增加血容量和维持血压，排除烧伤所产生的组胺类毒素以及对创伤失 血、手术前后循环系统的稳定、大量出血性休克、烧伤性休克、高烧和急性痢疾所导致 的全身脱水等有良好的治疗效果，还具有使胆固醇排出体外，抑制Pb、Cd、Sr被人体 吸收以及保护肠胃道整肠、减肥、降血糖的作用。

王琳等人通过酸凝-酸化法从污泥中提取得到细菌藻酸盐。该方法将污泥用去离子 水清洗并烘干至恒重，在将污泥置于Na₂CO₃溶液中，于80℃高温下消化至有气泡溢出， 然后冷却至室温，过滤得到上清液，之后向其加入酸液调节pH至2，获得藻酸沉淀， 离心收集沉淀后，加入NaOH溶解沉淀，最后再加入无水乙醇与之混合产生细菌藻酸钠 沉淀，收集产生的沉淀于60-70℃下烘干后即得细菌藻酸钠固体。该方法虽能有效的提 取细菌藻酸盐，但取用的污泥需烘干至恒重，而目前绝大多数污水处理厂的剩余污泥含 水率很高，降低污泥含水量成本很大，经机械脱水后污泥含水率也在97％左右，因此， 这种以烘干后的污泥为细菌藻酸盐的提取原料成本过大，势必无法用于污水处理厂剩余 污泥的二次利用，且后续消化过程中为维持80℃水浴也必然导致能耗较大，不适用于诸 多没有条件进行水浴加热的现场，加上提取过程中为了调节pH至2，需消耗大量酸， 之后又需加入大量碱以获得藻酸钠，不但成本较大，且根据相关报道，酸化过程中生成 的藻酸沉淀不稳定、易降解，之后加入大量的碱液还会引起藻酸钠碱性降解，因此，该 方法的产品收率和获得的产品质量都不高，并不适合实际生产。因此一种能提高产品产 率和产品质量的提取方法的开发很有必要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种提取细菌藻酸盐的方法，该方法 成本低，且得到的产物具有高的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种从活性污泥中提取细菌藻酸盐的方法，具体包括如下步骤：

步骤1，取污水处理厂的剩余污泥作为污泥样本；

步骤2，将步骤1的污泥样本转移至Na₂CO₃溶液中，于40～50W超声波下进行预 处理；将污泥样本和Na₂CO₃溶液置于超声中反应能够最大程度地分散活性污泥细胞， 增大其与碳酸钠溶液的接触，从而提高反应效率；

步骤3，将步骤2处理后的活性污泥-碳酸钠混合液于室温下消解6～8h(超声反应 后沉置一段时间)；

步骤4，将消解后的混合液于12000rpm下离心得到上清液；

步骤5，调节上清液的pH值为6～7，然后加入一定量的氯化钙溶液进行钙析，离心 得到细菌藻酸钙沉淀，将细菌藻酸钙沉淀进行多次清洗处理以去除残留无机盐，避免影 响后续得到的海藻酸钠的纯度；

步骤6，离子交换脱钙：将步骤5的细菌藻酸钙沉淀置于NaCl溶液中，再往NaCl 溶液中加入一定量的钠型阳离子交换树脂，连续搅拌进行离子交换脱钙，最后于 10000rpm下离心得到细菌藻酸钠溶液；离子交换脱钙为可逆反应，采用钠型阳离子交 换树脂既可去除脱钙过程产生的Ca²⁺，又能释放Na⁺，从而保证混合液中Na⁺的含量， 使离子交换脱钙过程进行地更为彻底；

步骤7，向步骤6的细菌藻酸钠溶液中加入一定量的无水乙醇，并于12000rpm下 离心得到絮状沉淀，将絮状沉淀烘干后即可得到所需的细菌藻酸钠固体。

其中，步骤2中，所述Na₂CO₃溶液的浓度为0.2mol/L，对于每1mLNa₂CO₃溶液， 所述污泥样本的加入量为5ml。

其中，步骤3中，所述消解温度为15～25℃。

其中，步骤5中，所述氯化钙溶液的质量百分比浓度为10％，所述氯化钙溶液的加 入量为100～150ml。

其中，步骤6中，所述NaCl溶液的质量百分比浓度为15％，对于每1g细菌藻酸钙 沉淀，所需NaCl溶液体积为100～150ml，所需钠型阳离子交换树脂的质量10～50g，钠 型阳离子交换树脂可再生使用，从而降低了生产成本。

其中，步骤7中，所述烘干温度为60℃。

有益效果：相比于现有技术，本发明提取细菌藻酸盐的方法无需在反应过程中用水 浴保持高温状态，这样不仅节能环保，而且也降低了生产成本；另外，本发明方法的原 料活性污泥无需烘干，可直接取用污水处理厂排放的剩余污泥，适合实际生产需求；最 后，本发明方法得到的细菌藻酸盐具有高的稳定性和较高的粘度，不易被降解，从而本 发明方法得到的产品质量更好。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的 本发明。

实施例1

一种从活性污泥中提取细菌藻酸盐的方法，具体包括如下步骤：

步骤1，得到污泥样本：取1000ml活性污泥(MLSS约为3500mg/L)，用去离子水 清洗三次后，于5000rpm下离心15分钟获得污泥样本；

步骤2，将步骤1的污泥样本置于200ml、浓度为0.2mol/L的Na₂CO₃溶液中，于 50W的超声波下预处理15s，使活性污泥絮体离散，但又不破坏污泥细胞；

步骤3，将步骤2处理后的活性污泥-碳酸钠混合液于室温(15℃)下消解6h；

步骤4，将消解后的混合液于12000rpm下离心30分钟得到上清液；

步骤5，向步骤4的上清液中滴加0.1mol/L的盐酸，直至上清液的pH值为6，然 后往上清液中加入100mL、质量百分比浓度为10％的氯化钙溶液进行钙析，使可溶性的 细菌藻酸钠转化为不溶性的细菌藻酸钙沉淀，静置1.5小时，于12000rpm下离心收集 细菌藻酸钙沉淀，用去离子水清洗三遍，以去除残留的无机盐；

步骤6，离子交换脱钙：将步骤5的细菌藻酸钙沉淀置于100mL、质量百分比浓度 为15％的NaCl溶液中，并往NaCl溶液中加入50g钠型阳离子交换树脂，连续搅拌1 小时脱钙，然后于10000rpm下离心30分钟获得细菌藻酸钠溶液；

步骤7，向步骤6的细菌藻酸钠溶液中加入150mL无水乙醇，并于12000rpm下离 心得到絮状沉淀，将絮状沉淀于60℃烘干后即可得到所需的细菌藻酸钠固体。

实施例1所得的细菌藻酸钠固体质量为242mg，pH为7，粘度为72mPa·s，用40℃ 水浴加热四天测定本发明方法提取的细菌藻酸钠粘度稳定性，结果显示，粘度基本没有 发生变化，证明本发明方法提取的细菌藻酸钠不仅稳定性好且还具有较高的粘度。

实施例2

一种从活性污泥中提取细菌藻酸盐的方法，具体包括如下步骤：

步骤1，得到污泥样本：取1000ml活性污泥(MLSS约为3500mg/L)，用去离子水 清洗三次后，于5000rpm下离心15分钟获得污泥样本；

步骤2，将步骤1的污泥样本置于200ml、浓度为0.2mol/L的Na₂CO₃溶液中，于 50W的超声波下预处理15s，使活性污泥絮体离散，但又不破坏污泥细胞；

步骤3，将步骤2处理后的活性污泥-碳酸钠混合液于室温(25℃)下消解8h；

步骤4，将消解后的混合液于12000rpm下离心30分钟得到上清液；

步骤5，向步骤4的上清液中滴加0.1mol/L的盐酸，直至上清液的pH值为7，然 后往上清液中加入150mL、质量百分比浓度为10％的氯化钙溶液进行钙析，使可溶性的 细菌藻酸钠转化为不溶性的细菌藻酸钙沉淀，静置3小时，于12000rpm下离心收集细 菌藻酸钙沉淀，用去离子水清洗三遍，以去除残留的无机盐；

步骤6，离子交换脱钙：将步骤5的细菌藻酸钙沉淀置于150mL、质量百分比浓度 为15％的NaCl溶液中，并往NaCl溶液中加入30g钠型阳离子交换树脂，连续搅拌1 小时脱钙，然后于10000rpm下离心30分钟获得细菌藻酸钠溶液；

步骤7，向步骤6的细菌藻酸钠溶液中加入150mL无水乙醇，并于12000rpm下离 心得到絮状沉淀，将絮状沉淀于60℃烘干后即可得到所需的细菌藻酸钠固体。

实施例2所得的细菌藻酸钠固体质量为246mg，pH为7，粘度为74mPa·s，用40℃ 水浴加热四天测定本发明方法提取的细菌藻酸钠粘度稳定性，结果显示，粘度基本没有 发生变化，证明本发明方法提取的细菌藻酸钠不仅稳定性好且还具有较高的粘度。

对比实施例

一种细菌藻酸盐的提取方法，包括如下步骤：

步骤1，得到污泥样本：将活性污泥用去离子水清洗三次，然后置于干燥箱中于30℃ 下干燥至恒重；

步骤2，取3.5g步骤1中的污泥样本置于200mL、浓度为0.2mol/L的Na₂CO₃溶液 中，水浴加热、搅拌至有气泡溢出；

步骤3，将上述加热搅拌后的产物冷却至室温(15～25℃)，然后用滤布滤去残渣， 获得上清液；

步骤4，调节pH值：在上清液中滴入10mL、浓度为1mol/L的HCl溶液，调节pH 值至2，形成藻酸沉淀，待完全沉淀后，离心收集藻酸沉淀；

步骤5，将步骤4中获得的藻酸沉淀溶解于100mL、浓度为0.1mol/L的NaOH溶液 中，即可制得细菌藻酸钠溶液；

步骤6，向步骤6的细菌藻酸钠溶液中加入150mL无水乙醇，并于12000rpm下离 心得到絮状沉淀，将絮状沉淀于60℃烘干后即可得到所需的细菌藻酸钠固体；

对比实施例所得的细菌藻酸钠固体质量为236mg，pH为7，粘度为64mPa·s，用 40℃水浴加热四天测定该方法提取的细菌藻酸钠粘度稳定性，结果显示，细菌藻酸钠固 体的粘度下降了20％。

本发明提取高稳定性细菌藻酸盐的方法所用污泥可直接取用污水处理厂的剩余污 泥，无需烘干，无需高温水浴，极大降低了整体生产成本和能耗，适合实际生产需求， Na₂CO₃溶液常温消解的提取方式使其更为节能环保，能够用于没有条件进行水浴加热 的现场，且离子交换脱钙步骤中采用的钠型阳离子交换树脂可再生，进一步降低了生产 成本，又避免了加入大量酸、碱液，从而既避免了生成藻酸这一不稳定、易降解的中间 产物，也避免了藻酸钠的碱性降解，使所提取的细菌藻酸盐具有更好的稳定性。